專利名稱：一種復(fù)合式場致發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合式場致發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)及其制備和老煉方法。屬于電子器 件制造的技術(shù)領(lǐng)域，
背景技術(shù)：
在高電場作用下，因為隧穿效應(yīng)，電子從陰極表面逸出，形成場致發(fā)射。與 熱陰極相比較，場致發(fā)射陰極具有功耗小、啟動快以及可以大面積制備等優(yōu)點， 在平板顯示器件和真空電子器件中具有很大的應(yīng)用前景。
最初人們采用金屬微尖或者硅錐陣列做為電子的場致發(fā)射體。雖然采用微尖 陣列可以獲得較高的電場增強因子，但是此類場致發(fā)射陰極制備工藝復(fù)雜，成本 高昂，難以大面積制備。除此之外，微尖場發(fā)射陰極的發(fā)射穩(wěn)定性較差，容易發(fā) 生過流時陰極發(fā)射體的損傷。緊隨微尖陣列冷陰極，人們又研究了薄膜冷陰極， 如金剛石薄膜和類金剛石薄膜等。薄膜冷陰極制備工藝相對簡單，且易于大面積 成膜。但是，在薄膜冷陰極中，發(fā)射體的電場增強因子較小，從而影響了薄膜冷 陰極的場發(fā)射性能。
進(jìn)入二十一世紀(jì)，對場發(fā)射冷陰極的研究熱點轉(zhuǎn)移向準(zhǔn)一維納米材料。準(zhǔn)一 維納米材料的制備相對簡單，而且有可能實現(xiàn)大面積印刷或者定向生長。由于準(zhǔn) 一維納米材料具有很高的長徑比，其電場增強因子可以達(dá)到數(shù)千乃至上萬。因此， 準(zhǔn)一維納米材料場致發(fā)射陰極具有比微尖陣列陰極和薄膜陰極更好的發(fā)射性能 和實用價值。
在準(zhǔn)一維納米材料場致發(fā)射陰極中，電子的發(fā)射均勻性和發(fā)射穩(wěn)定性是衡量 其發(fā)射性能的重要參數(shù)。采用普通的碳納米管、納米氧化鋅或者其它納米材料做 為場致發(fā)射體，由于納米材料本身結(jié)構(gòu)的不均勻性以及它們在漿料中分散的不均 勻性，造成準(zhǔn)一維納米材料場發(fā)射冷陰極發(fā)射均勻性較差，同時影響了其發(fā)射穩(wěn) 定性。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)射性能優(yōu)良，制備工藝簡單的一種復(fù) 合式場致發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)及其制備方法。
技術(shù)方案針對準(zhǔn)一維納米材料場致發(fā)射陰極所存在的問題，本發(fā)明提出一 種復(fù)合式場發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，采用納米結(jié)構(gòu)氧化鋅做為場致發(fā)射體。 但是，該氧化鋅場致發(fā)射體不是直接沉積在陰極電極上。本發(fā)明在氧化鋅場致發(fā) 射體和陰極電極之間增加了一層碳納米纖維做為過渡層。由于采用了過渡層，提 高了場致發(fā)射體與電極之間的附著性能，從而改進(jìn)了場致發(fā)射陰極的發(fā)射均勻性 和穩(wěn)定性。
本發(fā)明的復(fù)合式場致發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)以陰極基板為基板，在陰極基板上設(shè)有陰 極電極，在陰極電極上設(shè)有碳納米管過渡層，在碳納米管過渡層上設(shè)有納米結(jié)構(gòu) 的氧化鋅場致發(fā)射層組成場致發(fā)射陰極，在場致發(fā)射陰極上設(shè)有隔離體，在隔離 體上設(shè)導(dǎo)電的陽極基板組成復(fù)合式場致發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)。
復(fù)合式場致發(fā)射陰極的制備方法為
a) .在陰極基板上采用印刷或者鍍膜的方法制備陰極電極；
b) .在陰極電極上上采用絲網(wǎng)印刷的方法制備碳納米管過渡層，碳納米管纖 維層厚度在1微米至10微米之間，將其在燒結(jié)爐中烘烤1(T30分鐘，烘烤溫度 為300。C 500。C;
c) .自然冷卻基板及碳納米管過渡層，在冷卻后的碳納米管過渡層上絲網(wǎng)印
刷氧化鋅發(fā)射層，發(fā)射層厚度在2微米至10微米之間；
d) .將陰極基板、陰極電極、碳納米管過渡層及納米結(jié)構(gòu)氧化鋅發(fā)射層組 成的場致發(fā)射陰極置于燒結(jié)爐中烘烤10 30分鐘，烘烤溫度為300 500度；
e) .自然冷卻基板、陰極電極、碳納米管過渡層和納米結(jié)構(gòu)氧化鋅場發(fā)射層 (4)組成的場致發(fā)射陰極至室溫，形成復(fù)合式場致發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)；
f) .在陰極基板上制備隔離體，
g) .在隔離體上設(shè)置導(dǎo)電的陽極基板，將陰極玻璃基板與陽極玻璃基板封 接排氣，形成器件內(nèi)的真空工作環(huán)境。
本發(fā)明的復(fù)合式場發(fā)射陰極的老煉激活方式為在陰極和陽極基板上施加脈
沖高電壓，使氧化鋅發(fā)射體和碳納米管同時產(chǎn)生電子發(fā)射。在發(fā)射電流的作用下， 碳納米管和氧化鋅發(fā)射體結(jié)合更加緊密，發(fā)射均勻性也得以有效的提高。本發(fā)明的的陰極結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的場發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)不同之處為在納米氧化鋅場 致發(fā)射層與陰極電極之間增加了碳納米纖維層。
有益效果在本發(fā)明中，由于在陰極電極和納米氧化鋅場致發(fā)射層之間增加 了碳納米纖維過渡層，氧化鋅場發(fā)射體與陰極電極之間的附著性能得以改善，從 而避免了大電流發(fā)射時發(fā)射體的損毀。因此，采用本發(fā)明的復(fù)合式場發(fā)射陰極結(jié) 構(gòu)，可以提高電流發(fā)射的均勻性和穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明所提出的復(fù)合式場發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)示意圖。 其中有陰極基板1、陰極電極2、碳納米纖維層3、氧化鋅場發(fā)射體4、隔 離體5、陽極基板6。
具體實施例方式
本發(fā)明的復(fù)合式場致發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)以陰極基板1為基板，在陰極基板1上設(shè) 有陰極電極2，在陰極電極上絲網(wǎng)印刷碳納米管過渡層3在碳納米管過渡層3上 設(shè)有納米結(jié)構(gòu)的氧化鋅場致發(fā)射層4組成場致發(fā)射陰極，在場致發(fā)射陰極上設(shè)有 隔離體5，在隔離體5上設(shè)導(dǎo)電的陽極基板6組成復(fù)合式場致發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)。利 用該二極管結(jié)構(gòu)可以對復(fù)合式場發(fā)射陰極老煉激活。
其制備的方法為-
a) .在陰極基板l上采用印刷或者鍍膜的方法制備陰極電極2;
b) .在陰極電極上2上采用絲網(wǎng)印刷的方法制備碳納米管過渡層3，碳納米 管纖維層厚度在1微米至10微米之間，將其在燒結(jié)爐中烘烤1CT30分鐘，烘烤 溫度為300。C 500。C;
c) .自然冷卻基板1及碳納米管過渡層3，在冷卻后的碳納米管過渡層(3) 上絲網(wǎng)印刷氧化鋅發(fā)射層4，發(fā)射層厚度在2微米至10微米之間；
d) .將陰極基板1、陰極電極2、碳納米管過渡層3及納米結(jié)構(gòu)氧化鋅發(fā)射 層4組成的場致發(fā)射陰極置于燒結(jié)爐中烘烤1CT30分鐘，烘烤溫度為30CT500 度；
e) .自然冷卻基板l、陰極電極2、碳納米管過渡層3和納米結(jié)構(gòu)氧化鋅場 發(fā)射層4組成的場致發(fā)射陰極至室溫，形成復(fù)合式場致發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)；f) .在陰極基板(1)上制備隔離體(5)，
g) .在隔離體(5)上設(shè)置導(dǎo)電的陽極基板(6),將陰極玻璃基板與陽極玻璃基板封接排氣，形成器件內(nèi)的真空工作環(huán)境。
老煉激活方法為在陰極和陽極基板上施加脈沖高電壓，使氧化鋅發(fā)射體和
碳納米管同時產(chǎn)生電子發(fā)射。在發(fā)射電流的作用下，碳納米管和氧化鋅發(fā)射體結(jié)合更加緊密，發(fā)射均勻性也得以有效的提高。
權(quán)利要求
1、一種復(fù)合式場致發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)，其特征是該結(jié)構(gòu)以陰極基板(1)為基板，在陰極基板(1)上設(shè)有陰極電極(2)，在陰極電極上設(shè)有碳納米管過渡層(3)，在碳納米管過渡層(3)上設(shè)有納米結(jié)構(gòu)的氧化鋅場致發(fā)射層(4)組成場致發(fā)射陰極，在場致發(fā)射陰極上設(shè)有隔離體(5)，在隔離體(5)上設(shè)導(dǎo)電的陽極基板(6)組成復(fù)合式場致發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)。
2. —種如權(quán)利要求1所述的復(fù)合式場致發(fā)射陰極的制備方法，其特征是制 備的方法為-a) .在陰極基板(1)上采用印刷或者鍍膜的方法制備陰極電極(2);b) .在陰極電極上(2)上采用絲網(wǎng)印刷的方法制備碳納米管過渡層(3)，碳納 米管纖維層厚度在1微米至10微米之間，將其在燒結(jié)爐中烘烤10 30分鐘，烘 烤溫度為300°(T500°C;c) .自然冷卻基板(1)及碳納米管過渡層(3)，在冷卻后的碳納米管過渡層(3) 上絲網(wǎng)印刷氧化鋅發(fā)射層(4)，發(fā)射層厚度在2微米至10微米之間；d) .將陰極基板(1)、陰極電極(2)、碳納米管過渡層(3)及納米結(jié)構(gòu)氧化 鋅發(fā)射層(4)組成的場致發(fā)射陰極置于燒結(jié)爐中烘烤10 30分鐘，烘烤溫度為 300 500度；e) .自然冷卻基板(l)、陰極電極(2)、碳納米管過渡層(3)和納米結(jié)構(gòu)氧化 鋅場發(fā)射層(4)組成的場致發(fā)射陰極至室溫，形成復(fù)合式場致發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)；f) .在陰極基板(1)上制備隔離體(5)，g) .在隔離體(5)上設(shè)置導(dǎo)電的陽極基板(6)，將陰極玻璃基板與陽極玻璃 基板封接排氣，形成器件內(nèi)的真空工作環(huán)境。
全文摘要
一種復(fù)合式場致發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)及其制備方法，其制備的方法為a)在陰極基板(1)上采用印刷或者鍍膜的方法制備陰極電極(2)；b)在陰極電極上(2)上采用絲網(wǎng)印刷的方法制備碳納米管過渡層(3)，c)自然冷卻基板(1)及碳納米管過渡層(3)，在冷卻后的碳納米管過渡層(3)上絲網(wǎng)印刷氧化鋅發(fā)射層(4)，d)將陰極基板(1)、陰極電極(2)、碳納米管過渡層(3)及納米結(jié)構(gòu)氧化鋅發(fā)射層(4)組成的場致發(fā)射陰極置于燒結(jié)爐中烘烤；e)自然冷卻基板(1)、陰極電極(2)、碳納米管過渡層(3)和納米結(jié)構(gòu)氧化鋅場發(fā)射層(4)組成的場致發(fā)射陰極至室溫，形成復(fù)合式場致發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)；f)在陰極基板(1)上制備隔離體(5)，g)在隔離體(5)上設(shè)置導(dǎo)電的陽極基板(6)。
文檔編號H01J1/304GK101488431SQ20091002446
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月23日
發(fā)明者婁朝剛, 孫小衛(wèi), 張曉兵, 威 雷 申請人:東南大學(xué)